光學(xué)薄膜的特性檢測

光學(xué)薄膜的特性檢測第三組徐彩霞李佳張琨張立宏路高原光度法測量薄膜的光學(xué)常數(shù)所謂光度法，指的是通過測量樣品的反射率和透射率，經(jīng)過計(jì)算，求出光學(xué)常數(shù)的方法。這里的光學(xué)常數(shù)一般是指薄膜的折射率和消光系數(shù)。這種方法雖然精度不是很高，但已經(jīng)能滿足設(shè)計(jì)和制備的要求，所有得到廣泛的應(yīng)用利用反射率求折射率考慮透明膜的情況，也就是在考慮的波段內(nèi)，均勻膜層對光沒有吸收。假定薄膜的折射率沒有色散在膜厚為λ/4奇數(shù)倍的那些波長上，其反射率為式中，n是膜層的折射率，ns是基片的折射率，no是入射媒質(zhì)折射率于是測量折射率就成了簡單的事情，只需要讀取極值反射率，然后從上式求解n同時(shí)λ和λ’是兩個(gè)相鄰的極大（或極?。┓瓷渎什ㄩL利用反射率求折射率上面沒有消除基片背面反射的影響。要做到這一點(diǎn)，可將基片做成楔形，或?qū)⒒趁婺ッ?、涂黑?；蛘咦饕韵碌男拚?/p>

Ro是基片背面反射率，RF是光度計(jì)實(shí)測的反射率值

將Rm帶入上面求得n

可求得薄膜厚度d為利用反射率求折射率利用透射率求折射率測量透射率時(shí)，修正式為To是未鍍膜前基片的測量投射率；

TF是膜厚λ/4奇數(shù)倍時(shí)測量的極值透射率

當(dāng)nd等于λ/4的奇數(shù)倍時(shí)，上式透射率取得極值

光經(jīng)過鍍膜基片的透射率為

式中，T1，R1分別為鍍膜表面的投射率和反射率；T2，R2分別為基片-空氣表面的透射率和反射率；a和b為基片的吸收系數(shù)和厚度。

利用透射率求折射率所以于是得光經(jīng)過清潔基片的透射率為利用透射率求折射率上式求出Tm，而后帶入上面式子便得到n這種方法不僅校正了基片背面的吸收的影響，而且由于采用比較法測量，減小了光度計(jì)的測量誤差。前面我們假定膜層沒有吸收，實(shí)際透明膜或多或少會有一些吸收?？刹捎枚啻畏瓷?，通過延長光學(xué)路徑的辦法，便能測量若吸收的吸收系數(shù)利用透射率求折射率吸收系數(shù)的測量這個(gè)裝置由完全透明的平行平板做成，選擇平板折射率no和角度i，以保證空氣中能發(fā)生全反射，若平板長度為L，厚度為do在膜層中的傳播路徑為平板/膜層內(nèi)表面的反射系數(shù)為ρ由于膜層是吸收的，則光在膜層中每來回一次光強(qiáng)度就衰減一次吸收系數(shù)的測量于是經(jīng)過2N次反射后從平板射出的光強(qiáng)變?yōu)榱顒t可求出α為吸收系數(shù)的測量薄膜折射率的測量布儒斯特角方法n1n2b布儒斯特定律當(dāng)線偏振光入射到折射率為n2的介質(zhì)表面上時(shí)，如果偏振光平行于入射面，若入射角為布儒斯特角b，則入射光將不發(fā)生反射而全部透射。因此若入射角，直到反射光強(qiáng)為零時(shí)，得到布儒斯特角，從而計(jì)算介質(zhì)的折射率n2。利用這種方法可以測量只有介質(zhì)的折射率。薄膜的折射率也可以這樣的到。ipi布儒斯特角方法薄膜折射率的測量用這種方法測量的精確度較低，因?yàn)槿肷洳m然在薄膜上表面不發(fā)生反射，但是在薄膜與基片的界面上仍有反射光透過薄膜折射進(jìn)入空氣，從而干擾測量。為了解決這個(gè)問題設(shè)計(jì)了如下的一種鍍膜形式。ip當(dāng)用線偏振光入射時(shí)，迎著反射光觀察基片表面，由于膜層和玻璃表面的反射系數(shù)不同，所以能夠看見鍍膜區(qū)與不鍍膜區(qū)域的分界線。當(dāng)光線的入射角等于布儒斯特角時(shí)，膜的上表面沒有反射光，但是在膜的后表面會有光被反射回來?，F(xiàn)在用菲涅爾公式，膜層與玻璃上的振幅反射系數(shù)為ng為基片玻璃折射率，i為介質(zhì)膜射向基片的入射角，ig為基片中的折射角。薄膜折射率的測量布儒斯特角方法nngiig當(dāng)入晴射介醬質(zhì)薄框膜光徒線的池入射拔角為漿b時(shí)態(tài)，應(yīng)咸用入再射角籮和折薄射角妄互余僚和折積射定舉律有而入籃射波貞在空猾氣與泥基片挑界面稻的反旁射系悠數(shù)為從上巴述兩晴式可功以得肺到當(dāng)輛一布凈儒斯評特角際入射顆時(shí)，缸鍍膜問區(qū)與惑不鍍控膜區(qū)勺域的踐反射糞率相橋同，詢即，葉迎著撕反射睬光看汽時(shí)明坦暗界昏限將趣消失賢，呈機(jī)現(xiàn)一早篇均播勻照碑明。四這樣忠，當(dāng)期用角匪度為肢b的舟入射恐光入枝射時(shí)莖，根戲據(jù)布慨儒斯碧特定眼律即恭可求宏出薄科膜的遇折射華率。薄膜保折射肺率的脾測量布儒合斯特或角方音法bbnng準(zhǔn)波丹導(dǎo)法單是利吐用棱閑鏡耦路合來惡測量曉沉積傭在低爭折射趟率襯之底上榨或者鄙高折皮射率勵棱鏡表底面壘上的槍聚合諸物薄鼻膜的速折射鐮率和中厚度拴的一摘種方抽法。帖其實(shí)谷驗(yàn)裝均置圖爭如下英圖所饞示激光捏器偏振奇片透鏡準(zhǔn)波繞導(dǎo)法薄膜踐折射毅率的志測量光波雞從棱項(xiàng)鏡射滾到薄滑膜中埋去，葵形成托共振愿導(dǎo)膜傭，導(dǎo)地膜又廈經(jīng)棱赴鏡耦防合射巷出，捆透射堂到觀臭察屏鼓上在鬧觀察滅屏上菜出現(xiàn)數(shù)數(shù)條托明亮獅的線齡，如嶺圖2援.圖2圖1每一址條亮視線代勾表不允同階廣m的土一個(gè)橋模，織其中暑光斑嘆所在治的亮昆線是嫩棱鏡級直接胸耦合聞得到好的，監(jiān)其它住的是后由散抬射產(chǎn)規(guī)生的罰。轉(zhuǎn)拼動二灰維平映臺讓卷光斑勞依次漂對準(zhǔn)星每一象條亮賣線，看即可暢讀出最沒一腦個(gè)亮顯線的輔耦合裳角θm。薄膜撿折射趨率的平測量準(zhǔn)波預(yù)導(dǎo)法現(xiàn)在眨用折把射率拐為np的等碗腰直全角棱抖鏡做氣為耦驕合棱潑鏡，育使底惡部與神被測必薄膜煌緊密盲接觸宗。設(shè)撲聚合點(diǎn)物薄腰膜的獎?wù)凵渌嚶蕿楹餹，捕襯底翁的折宏射率攤為ng，當(dāng)紗np>n孤>ng時(shí)，網(wǎng)棱鏡泰薄膜餐襯底央就組甩成一跌個(gè)準(zhǔn)必波導(dǎo)設(shè)棱也鏡中寬光波哄入射權(quán)角為θ2，由幸于導(dǎo)素膜的扯傳播史并不仿連續(xù)演，因營而θ2也不爸連續(xù)濕，只啊有在近一定安角度暴下才班能激司發(fā)出采導(dǎo)膜漿，棱因鏡中絞的入證射角當(dāng)一半券較難駛測量房誠，但腫是入折射到弱棱鏡聯(lián)上的輔θm是可走以精捧確測膊量的蒸。設(shè)混棱鏡星底角醫(yī)為ε啟，則句準(zhǔn)導(dǎo)良膜的漆有效黑折射浸率的丙實(shí)驗(yàn)挺值可龍以通印過下霞列式塘子計(jì)塔算得霜到薄膜當(dāng)折射叨率的于測量準(zhǔn)波杠導(dǎo)法光波劣在薄淘膜內(nèi)報(bào)沿z浴路徑爐傳。燒在1斥-3但界面傅與1課-2哲界面榴之間處經(jīng)過筍一個(gè)舒?zhèn)鞑テ贾芷谔莸臋M漢向(政x向圍）位例移為其中φ12和φ23分別沙為光殿波在額兩界神面上叢的反哥射相差移，悶d為醫(yī)厚度桂，k林為傳雙播常奏數(shù)在磁z方食向的蝴分量從。當(dāng)媽φ為礙2π賣的整爽數(shù)倍惱時(shí)得在到共總振漏驢膜方填程其中請m為秒模階瓣數(shù)，赴k可恢以表滔示為薄膜使折射秧率的弊測量準(zhǔn)波漸導(dǎo)法其中檢，k臂為光播波在拼自由距空間和的傳示播?？笖?shù)，災(zāi)N為遣薄膜龍的有潤效折那射率逗，即盾N=嬌ns繭inθ1，θ1為進(jìn)蘇入薄勻膜內(nèi)認(rèn)的光誼波在揀1-召2界合面上序的反半射角劈燕。在怎準(zhǔn)波那導(dǎo)的每情況請下，流np戴>n帳>n服g,返n>爸N>低ng宜.φ12=π式中ρ為貨入射伙光偏稱振依臥賴因井子，矛當(dāng)ρ波=0企時(shí)s鵲偏振值ρ震=2促時(shí)p珍偏振鬧。對慶于s盆偏振胸，由杠2-王5式乏，得巖到薄繞膜光稈關(guān)于令s偏嶼振光途的折虧射率育的超猴越方貢程薄膜躬折射辭率的描測量準(zhǔn)波憑導(dǎo)法其中踢，NiNj分別度是入腸射光戒片深舉圳時(shí)施第i筒和j栗模的想有效森折射蠟率，絕它的鬧值由執(zhí)實(shí)驗(yàn)遍來確甘定，差解這感個(gè)方交程即液可得禍到薄孫膜的晚折射壩率no.同戶時(shí)還經(jīng)可以膝得到癥薄膜移厚度摔的表偶達(dá)式錫。對于敬p偏歌振，烏同以栽上方綢法，躲只是ρ取懶2.拖然后佩再帶塑入薄倉膜厚雨度的子表達(dá)命式，得到怨薄膜筋光關(guān)示于p下偏振口光的究折射著率的雙超越愿方程薄膜莫折射氣率的劃測量準(zhǔn)波亭導(dǎo)法此處最的n公為各講向異初性薄雪膜的吧e光獲折射塘率，司它的云值依棒賴于追光的賺傳播才方向代，它階于非鳳常光電的主智折射俊率no.Nm的關(guān)診系式冬為帶入排上式暴并求武解可偉得到班各向厲異性蓬薄膜嫁對應(yīng)乒的非脆常光劫主折悲射率編。薄膜鄭折射學(xué)率的藝測量準(zhǔn)波繁導(dǎo)法橢偏嶼法測佛量的琴基本暈思路丙是，呀起偏芝器產(chǎn)幻玉生的跟線偏偽振光飼經(jīng)取傲向一烘定的1／4波片縣后成未為特干殊的仿橢圓首偏振索光，憂把它俯投射抓到待木測樣賓品表巖面時(shí)吐，只鍋要起光偏器膽取適辛當(dāng)?shù)牟镣腹馕攴较驈V，被四待測括樣品染表面梁反射責(zé)出來奶的將曾是線拾偏振挖光。遣根據(jù)怪偏振銜光在鋤反射晨前后王的偏升振狀倒態(tài)變俱化（知包括歸振幅仔和相尼位的贏變化御），營便可之以確船定樣聞品表超面的夸許多猛光學(xué)鴿特性金。薄膜墊光學(xué)雜常數(shù)禁的橢軍圓偏弊振量薄膜慨光學(xué)頭常數(shù)逝的橢凡圓偏正振量薄膜憂光學(xué)優(yōu)常數(shù)壓的橢錫圓偏合振量薄膜晶光學(xué)加常數(shù)臥的橢抄圓偏款振量薄膜泊光學(xué)慢常數(shù)賣的橢塑圓偏當(dāng)振量薄膜購光學(xué)猴常數(shù)昨的橢爺圓偏和振量薄膜收光學(xué)萍常數(shù)宇的橢鳴圓偏幟振量薄膜顛光學(xué)乳常數(shù)薦的橢蜂圓偏異振量光學(xué)奴薄膜浙系統(tǒng)燦透射制比、騾反射艱比和菠弱吸警收的扶測量光學(xué)撕薄膜系統(tǒng)參數(shù)巷測量蔬包括賴介質(zhì)擦膜折子射率噸測量或、光張學(xué)薄與膜厚掛度測燈量、扛光學(xué)跪薄膜房誠透射患比測盜量、怎光學(xué)維薄膜票反射場比測非量、拆光學(xué)秘薄膜貼吸收金比測蛇量、擇光學(xué)賞薄膜篩散射呆比測凱量、牲薄膜取機(jī)械規(guī)強(qiáng)度棵和應(yīng)躬力測綢量等省。我們奔介紹尊光學(xué)擦薄膜右透射漁比，春反射快比和叉弱吸斧收測右量。薄膜筒系統(tǒng)贈透射蛙比的栗測量薄膜勵系統(tǒng)蘭透射港比的達(dá)測量光學(xué)溉薄膜賠透射章比是基反映允光學(xué)郵元件結(jié)和光襪學(xué)系罵統(tǒng)透傳光性獸能壞帽的重悉要參補(bǔ)數(shù)，訴通常負(fù)采用墳的測疏量方皺法有淹單光央路法拘和雙摩光路莫法。單光休路測析量法：測量溜時(shí)先纖調(diào)節(jié)豪單色觸儀波堡長，指樣品主室不鞭放樣拜品，雹這時(shí)鋸在樣欄品室漂得到遼波長擠為λ堂的平捏行單半色光，光電夾接收賓裝置復(fù)顯示渣數(shù)值難I0；放慢入樣匪品，絹光電忙接收呆裝置恨顯示并數(shù)值敵I，龍則該擾波長寸的樣然品透之射比歡T為薄膜驅(qū)系統(tǒng)唇透射成比的蝴測量然后小取出駐樣品星，調(diào)朗節(jié)單影色儀菌到另悄一個(gè)氏新的醫(yī)波長優(yōu)值λ2，重路復(fù)上體述過扛程，旁得到λ2波長壟的透給射比族。單光徐路測序量薄銜膜元暑件透紐奉射比預(yù)的方型法優(yōu)杜點(diǎn)是瞇設(shè)備航簡單恩，精銷度高爸，而供主要賞缺點(diǎn)漆是每樂個(gè)波椅長都寫要測樣量兩接次，鄙麻煩傲，因惠此幾貫乎被距雙光京路測忍量所益代替釘。薄膜訴系統(tǒng)逝透射脅比的編測量薄膜旗系統(tǒng)犧透射蹲比的繁測量雙光梯路法:分光閥系統(tǒng)疲先將滿光源犧的光伯反射回后進(jìn)雁入單減色儀睬，經(jīng)報(bào)分色嘗后再歡進(jìn)入票分光瞧系統(tǒng)堅(jiān)被分吸解為辰二束目光：醉一束波進(jìn)入宣樣品跪室，蜓通過催樣品尿進(jìn)入潑光電縱接收抬器，往得到土光強(qiáng)艙度值胖I；廚另一室束進(jìn)揭入?yún)⒁脊夂氖?，吸再入燭射到鮮另一芳光電右接收壺器上素得到詢光強(qiáng)曠度值盼I0端，電駱信號詞系統(tǒng)幣——艷將這驅(qū)兩個(gè)鹿信號侵值相羞除，憤就得及到這紋個(gè)波絮長的愉透射研比T昆,讓輸單色曬儀自箱動掃怪描，伍記錄抓儀同闖步記株錄的代就是艱樣品元的光并譜透點(diǎn)射比遲T（兩λ）覽。薄膜炮系統(tǒng)互透射燦比的稍測量薄膜妻系統(tǒng)驅(qū)反射喊比的慨測量測量續(xù)時(shí)先恒不放腿被測筒樣品編，光罷電接叼收器揀D放丙在位容置Ⅰ犬，測博得光倉強(qiáng)I裂0；蹄插入飄被測重樣品扯，光系電接攜收器棉轉(zhuǎn)到臥位置坑Ⅱ，頓測得迅光強(qiáng)閑I1鬼;服于是忘被測末樣品津的反揚(yáng)射比再R為薄膜業(yè)系統(tǒng)赴反射陰比的現(xiàn)測量高能陶激光腰的發(fā)煎展要欣求有乞質(zhì)量墨非常釣高的語光學(xué)尤薄膜拖．光聞學(xué)薄回膜吸盯收的櫻存在糕，是吉限制激高能北激光蛛發(fā)展各的主巴要因闊素之湊一．?dāng)倿榱烁陌樯乒獬鈱W(xué)薄介膜質(zhì)寄量，挎提高正其損緩傷閾東值，禁需要炕精確晝測量局光學(xué)熄薄膜津的微銹弱吸艷收。薄膜陸系統(tǒng)逗弱吸雪收的平測量薄膜醒系統(tǒng)倡弱吸溝收的柳測量光學(xué)賓薄膜未吸收占率的氣測量鴿技術(shù)知主要值有：1、光熱唱輻射瞞技術(shù)剛口2、激光徒量熱巨技術(shù)3、表面晌熱透岡鏡技掩術(shù)4、光聲嘗光譜涉技術(shù)5、光熱拌偏轉(zhuǎn)敬技術(shù)本次船主要塊介紹光熱型偏轉(zhuǎn)糾技術(shù)薄膜蕉系統(tǒng)蹤蝶弱吸筋收的還測量光熱軍偏轉(zhuǎn)苗技術(shù)的特君點(diǎn)：1、靈敏誕度高2、實(shí)驗(yàn)葵裝置室相對繡簡單您，易鎖于實(shí)每現(xiàn)3、可對吩高腐竊蝕性鄉(xiāng)豐樣品郊進(jìn)行氏非接扇觸檢儀測薄膜劫系統(tǒng)的弱吸拴收的排測量基本鋸原理：當(dāng)強(qiáng)咬度受晴調(diào)制井的泵圓浦光壁束被檢聚焦繭到鍍側(cè)有光銷學(xué)薄竟膜基壓片的前曬表面球時(shí)，希由于童光吸立收的衡存在訪，使販吸收宇的能儀量部輔分或全運(yùn)部轉(zhuǎn)洗變成離熱，澆從而畏引起傻薄膜億局部挖溫度藍(lán)上升按，使槽熱波在忌相鄰逮媒質(zhì)雄中傳香播(抽空氣職與基遷質(zhì))煌．袋這種灶調(diào)制品的溫營度升高撕通過燭折射徹率的能空間堅(jiān)變化桿以及貞熱膨悠脹引效起的較樣品據(jù)表面彎元曲得侮以實(shí)虎現(xiàn)的錫．光幣熱偏姿轉(zhuǎn)技筐術(shù)則析是通際過測襪量由雷于折射阿率梯秋度和鋪樣品讀表面男熱彎班曲引快起的您探測卸光束詳?shù)钠疝D(zhuǎn)從而燥測定塘光學(xué)歷薄膜蠶微弱馬吸收軟特性禮。薄膜綁系統(tǒng)借弱吸礙收的耕測量實(shí)驗(yàn)衫裝置忍：薄膜訊厚度間和折藍(lán)射率溫的測覽量干涉趣法測烘厚度不和折役射率瓦：干涉段法是冠利用宰相干役光干蠢涉形初成等秤候干閑涉條革紋原至理來蹦確定忍薄膜趁厚度嘩和折偷射率撿的。緊根據(jù)田光干飛涉條然紋方仰程，泛對于聯(lián)不透稅明膜對于粗透明扒膜在上霜式中碎，q為條掙紋錯自位條有紋數(shù)